黄三角经济区海岸带遥感动态监测分析

李春芳 张志敏 巩骏骥等

摘要海岸带是海洋与陆地相互作用的交汇地带，具有重大的生态效应和经济效益。黄河三角洲地区作为山东省“黄蓝”两区建设的重要部分，其海岸带的动态演变直接关系到该区资源环境与社会经济的发展。利用多期遥感数据和潮汐资料，根据黄三角典型粉砂淤泥质海岸的特征提取该区海岸带，并在此基础上建立动态变化信息图谱，对黄三角经济区海岸带自2002年以来的动态演变进行监测。

关键词黄三角经济区；海岸带；动态变化信息图谱

中图分类号S126文献标识码A文章编号0517-6611（2014）23-08032-03

基金项目国家自然科学基金项目（41371395）；山东省水利厅资助项目（鲁水财字【2012】49号-2）；国家科技支撑计划项目（2012BAB11B01）。

作者简介李春芳（1989- ），女，山东安丘人，硕士研究生，研究方向：遥感自然地理学应用。*通讯作者，博士生导师，从事遥感地学应用研究。

收稿日期20140707沿海地区是一个国家经济发达、环境条件好、人口承载力高的地区。但是，由于海岸带的复杂性和多变性，遥感作为一种较晚发展起来的新技术，因其高效、快速、准确等优势，在海岸带监测、资源开发利用、环境保护等方面发挥着不可替代的作用。而且不断发展的GIS软件和图像处理软件及数学分析方法也为海岸带信息提取和空间分析工作带来了很大帮助。目前，国际上关于海岸带遥感调查的研究主要有IGPC和 LOICZ两大研究计划的部分子计划，以及有关专家学者对海岸带资源调查和海岸带环境的研究。国内主要是各大海洋研究院所和实验室的相关专家关于潮滩和海岸线的研究。黄河三角洲因其独特的地理位置和复杂潮汐规律，海岸带的监测工作稍显困难。为此，笔者对其遥感动态监测分析进行研究。

1研究区概况

黄三角经济区以黄河历史冲积平原和鲁北沿海地区为主，在行政区划上主要是东营市和滨州市，另外自西向东还包括乐陵市、庆云县、高青县、寒亭区、寿光市和莱州市共19个县（市区）。该区域地势低平缓和，西高东低，沉积地层深厚土壤类型以潮土和盐土为主。研究区位于温带大陆性季风气候区，年平均气温在10 ℃以上，年平均降水量500 mm以上，而且雨热同期，沿海地区风力很大，风能资源丰富。但由于降水年內不均并且蒸发量大，旱涝灾害常见，另外该区域常发生风暴潮。社会经济方面，黄三角经济区是国家鼓励开发的沿海开放区，人口密集，劳动力充足。由于黄河泥沙的不断冲积，河口地区土地不断增长，为农业及工业的发展提供了足够空间。并且黄三角地区拥有我国第二大油田胜利油田，这就为工业发展提供了原材料。近几年，黄河三角洲湿地的自然风光、黄河入海景观等自然旅游区和潍坊国际风筝会、黄河文化等人文景观带动了该区旅游业的发展。

得天独厚的自然条件和蓬勃发展的社会经济条件使黄三角经济区成为黄河流域经济带的核心地区，加上国家政策的全力支撑，黄三角经济区注定会成为将来沿海经济带动内地发展的桥头堡。

2海岸带相关元素概念的界定

目前，国际上对海岸带尚无标准的界定和统一的认识，但有关专家一致赞同海岸带是海洋和陆地相互作用的带状区域的说法。既然是带状区域就有其范围，但由于波浪、潮汐、地壳运动以及入海河流等因素的影响不同地区海岸带的范围也不相同。该研究中界定海岸带主要是由潮上带、潮间带和潮下带3个部分组成。其中，潮上带是通常说的海岸，是大潮高潮线以上狭窄的陆地部分，该地区通常受激浪作用；潮间带即高潮线与低潮线之间的海滩地区；潮下带指水下岸坡，是低潮线以下靠海的海洋部分。海岸带构成图如所示[1]。根据海岸带地貌在遥感影像上的解译特点，将海岸带分为淤泥质海岸带、砂质海岸带、基岩海岸带、生物海岸带和人工海岸带[2]。黄河三角洲河口地区属典型的淤泥质海岸带，河口沿岸的其他地区为砂质海岸带和部分人工海岸带。黄河三角洲水下岸坡坡度平缓对于沿岸的影像较小，因而该研究关于海岸带的提取，只需要提取海岸带中几条重要的线，根据线确定海岸带的范围。

海岸带界定示意3数据源与数据处理

该研究选取的数据有：黄三角2002年5月、2005年9月、2009年10月、2012年9月4期Landsat/ TM数据；黄河三角洲1∶5万地形图；2009年10月与成像时间同步的黄河三角洲海域的潮汐资料、分辨率为5 m的黄三角DEM数据以及近海水深度测控点等。对遥感影像应用erdas软件进行大气校正、几何精校正、噪声抑制和边缘增强[3]等预处理。为突出海岸带信息，研究中对遥感影像做了增强处理[4]，主要包括比值增强、线性拉伸、平滑处理和彩色合成，以方便海岸带的提取。

4黄河三角洲经济区海岸带专题信息提取

海岸带遥感影像专题信息提取包括海岸线、高潮线和低潮线的提取，针对不同的地物根据其光谱特征，选择合适的波段组合，设计科学的图像分析方法。由于该研究重点研究海岸带的动态变化，所以只简要说明提取方法。

4.1海岸线和高潮线信息提取黄河三角洲河口海岸是典型的淤泥质海岸，岸滩面积比较大，坡度比较平缓，在遥感影像上无法确定目视解译的标志[5]，只能通过目视解译得到水边线的位置，然后结合成像时间的潮位高度计算得到海岸线的准确位置[6-7]。人工海岸由水泥和石块构筑，在遥感影像上光谱反射率较高，可以区别于光谱反射率低的海水域，海岸线可以直接通过目视解译确定。砂质海岸是海浪堆积砂粒形成的，砂在遥感影像上的反射率最高，取砂质海岸靠陆一侧的边缘作为海岸线。该研究高潮线采用的是一般高潮线，由于含水量的不同，在遥感影像上砂质海岸和潮间带的色调、纹理等都不相同，解译高潮线和海岸线可以通过建立潮滩解译标志，提取海岸线和高潮线。

4.2低潮线信息提取低潮线长期淹没在水下，无法直接提取，研究中引入水深遥感探测理论来完成低潮线的推算。

4.2.1资料的处理。包括遥感影像的处理和水深资料的处理。遥感影像处理除前面所述选取TM1到TM4波段进行比值增强和线性拉伸以外，还选取TM4/TM2、TM4/TM3的波段组合图像，提高拟合精度[8]。水深数据主要是根据实际水深资料利用GIS软件绘制实际点位分布图，即完成实测水深的数字化，与遥感影像进行相关分析。

4.2.2水深模型的建立。该研究运用BP神經网络模型，结合遥感影像和实测水深值，在遥感图像增强处理的基础上，建立图像反射率和实测水深值之间的关系模型。通过试验得到，BP神经网络模型反演结果较好，可用于黄三角地区的遥感水深反演[9]。

4.2.3低潮线的推算。经过反演后得到遥感水深图，可以结合黄三角地区DEM数据和当地的潮汐资料确定低潮线的位置[10-11]。

5黄三角经济区海岸带动态变化过程分析

海岸带变化复杂多样，该研究为了更清晰地描述这一过程引入1998年陈述彭提出的地学信息图谱方法[12]，结合地理信息技术，集成提取的海岸带岸线的专题信息，构建黄三角经济区海岸带动态变化信息图谱，分析2002年以来海岸带各种岸线进退变化。

该研究是在MapGIS软件支持下，集成各期提取的海岸带各种岸线的信息，建立与图形库相对应的属性库[13]。利用ArcGIS的空间分析功能，将每期海岸带信息数据叠加在一起，构建海岸带动态变化信息图谱，如所示。为了能定量地描述各种岸线的进退变化，该研究自西向东选取10处断面，并选取陆地上与2002年海岸线平行且两者距离200 m的线作为基线，统计各断面海岸线、高潮线和低潮线到基线的距离，如、2、3所示。

2002～2012年黄三角经济区海岸带岸线变化图谱

黄三角经济区海岸线变化m

年份断面1断面2断面3断面4断面5断面6断面7断面8断面9断面102002200200200200200200200200200200200522721318219320922423618221922720092192472311872382292131712252062012185172214172246241193163178172

黄三角经济区高潮线变化m

年份断面1断面2断面3断面4断面5断面6断面7断面8断面9断面102002282293321305316312283324310283200531731128229631932432631530930220092892972972873323292982932953062012285276314279341338331286298322

黄三角经济区低潮线变化m

年份断面1断面2断面3断面4断面5断面6断面7断面8断面9断面102002341352365343351362341368351347200536236835433735936736634634835220093383473493343383743433323353562012327332344328346381372328328360

5.1海岸线变化过程分析黄河三角洲经济区海岸线西起漳卫新河河口经滨州港、黄河故道河口、东营港、现代黄河河口向南蜿蜒到潍坊港和潍河河口一直到莱三山岛沿岸。在岸线变化图谱中可以清晰地看出其变化特征。10年间，黄三角经济区海岸线变化比较大，海岸侵蚀与海岸堆积并存，根据中各断面的海岸线与基线的距离，分析变化特征可将海岸线按其进退规律分为以下5种。

5.1.1连续向海推进型海岸。这种类型的海岸主要集中分布在黄河河口附近，这10年间黄河来水来沙量丰富，泥沙淤积速度大于海水侵蚀速度，泥沙在此堆积，海岸线向海推进，断面5处的海岸最具代表性。

5.1.2连续向陆后退型海岸。由于海水的不断侵蚀，堆积的泥沙随海水进入海洋，海岸持续向陆地退缩，后退幅度在30 m左右。断面4处黄河故道来水来沙量逐渐减少，再加上该处潮汐和风力影响，侵蚀速度加快，海岸后退，断面8处长期受海水侵蚀，海岸逐年后退。

连续向陆后退行海岸5.1.3先向海推进后向陆后退型海岸。此类海岸主要分布在滨州地区的断面1和断面2沿线。海岸线在2009年以前向海推进，2009年开始向陆后退，后退幅度较推进幅度明显增大，说明该区海水倒灌现象开始增多。

先向海推进后向陆后退型海岸5.1.4先向陆后退后向海推进型海岸。前期受海水侵蚀作用逐渐向陆后退，后期由于人为作用建设的养虾池盐田等逐渐扩大海岸开始向海推进。该种类型的海岸除了断面3处还有潍坊北部寿光寒亭沿岸。

5.1.5稳定型海岸。全部属于人工海岸，黄三角经济区港口包括滨州港、东营港、潍坊港和莱州港，各岸线处于同一位置，10年期间没有发生变化。

5.2高潮线低潮线变化过程分析总结、3数据，高潮线和低潮线的变化规律基本相似。从可以看出，黄河口以西的断面1到断面5的高、低潮线的主要变化趋势是先向陆地移动再向海移动，移动幅度高潮线比低潮线稍大，这样造成该部分海岸带不断摆动，使潮间带变宽，增大了水下岸坡的面积。

黄河口处由于泥沙堆积高、低潮线的变化逐渐向海移动，受各种因素的影响变化速率和幅度无明显规律。

断面1至断面5高低潮线变化趋势黄河口以东地区可由、3中断面7到断面10反映出来，可以看出该地带高潮线和低潮线的变化趋势不明显，有的先向海后向陆移动，有的先向陆后向海以东，有的持续向陆移动。

安徽农业科学2014年62002～2012年海岸带岸线总体变化过程

黄三角经济区海岸带10年来发生的变化比较大，总体趋势是漳卫新河河口至黄河故道河口之间的海岸既向海推进又向陆后退，处于摆动状态；黄河河口附近明显向海迁移，泥沙堆积逐年增加；黄河口以南至潍坊港海岸侵蚀比较严重，海岸向陆后退；最后一段海岸由于港口建设和海水养殖是主要影响因素，海岸向海推进。

参考文献

[1] KOMAR P D.Coastal changescales of processes and dimensions of problems [C].Coastal Sediments99-Proceedings of the 4th International Symposium on Coastal Engineering and Science ofCoastal Sediment，1999：1-17.